基于PLC200的混合液體控制系統(tǒng)(西門子)

1、1概述可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和運算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC與普通微機相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適用于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機控制結(jié)構(gòu)，主要由微處理器（CPU）,存儲器（RAM/ROM）,輸入輸出接口（I/O）電路，通信接口及電源組成。P

2、LC基本結(jié)構(gòu)：圖1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖PLC的存儲器分為程序區(qū)，系統(tǒng)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)。程序區(qū)是用于存放用戶程序，存儲器為EEPROM.系統(tǒng)區(qū)用于存放有關(guān)PLC配置的參數(shù)。數(shù)據(jù)區(qū)是S7-200CPU提供的存儲器的特定區(qū)域。它包括輸入映像寄存器，輸出映像寄存器，變量存儲器，內(nèi)部標志位存儲器，順序控制繼電器存儲器，特殊標志位存儲器，局部存儲器，定時器存儲器，計數(shù)器存儲器，模擬量輸入映像寄存器，模擬量輸出映像寄存器，累加器，高速計數(shù)器。數(shù)據(jù)空間是用戶程序執(zhí)行過程中的內(nèi)部工作區(qū)域。數(shù)據(jù)區(qū)使CPU的運行更快，更有效。存儲器為EEPROM和RAM。STEP 7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows

3、的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為SIMATIC S7-200系列PLC設(shè)計開發(fā)。該軟件功能強大，界面友好，并有方便的聯(lián)機幫助功能。用戶可利用該軟件開發(fā)PLC應(yīng)用程序，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。該軟件是SIMATIC S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)設(shè)計控制要求本裝置為兩種液體混合模擬裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電機，控制要求如下：初始狀態(tài):裝置投入運行時，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開20秒將容器放空后關(guān)閉。啟動操作:按下啟動按鈕SB1，裝置就開始按下列約定的規(guī)律操

4、作：液體A閥門打開，液體A流入容器。當液面到達SL2時，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達SL1時，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機開始攪勻。攪勻電機工作6秒后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當液面下降到SL3時，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。停止操作:按下停止按鈕SB2后，在當前的混合液操作處理完畢后，才停止操作（停在初始狀態(tài)上）。液體混合裝置控制的模擬實驗面板圖： 圖2.1 液體混合裝置控制的模擬實驗面板圖此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪

5、勻電機的運行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點亮與熄滅來模擬。2.2 選擇PLC型號S7-200是一種可編程序邏輯控制器。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制要求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯，計數(shù)器，定時器，復(fù)雜數(shù)學(xué)運算以及其他智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制的目的，緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。S7-200 PLC主機的型號規(guī)格種類很多，以適應(yīng)不同需要的控制場合，西門子公司推出的S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品有：CPU221模塊，CPU222模塊，CPU224模塊，CPU226模塊，CPU226XM模

6、塊。CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富，速度快，具有較強的通信能力。本次課設(shè)選擇的是CPU226模塊。CPU226模塊的I/O總數(shù)為40點，其中輸入點24點，輸出點為16點?？蓭?個擴展模塊。用戶程序存儲器容量為6.6K字，內(nèi)置高速計數(shù)器，具有PID控制器功能。有兩個告訴脈沖輸出端和2個RS-485通信口。具有PPI通信協(xié)議，MPI通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信能力。運行速度快，功能強，適用與較高的中小型控制系統(tǒng)。下圖是S7-200PLC CPU226模塊的硬件接線圖和實物圖：（圖二.1） 圖2.2 S7-200PLC CPU226模塊的硬件接線圖 圖2.3 CPU226模塊實物圖2.3系統(tǒng)設(shè)計流程示意

7、圖下圖為本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”的設(shè)計流程圖： 初始狀態(tài)啟動按鈕按下 N Y 液面達到SL2 閥門A打開，液體A流入 N關(guān)閉液體閥門A，打開液體閥門B Y 液面達到SL1 N 關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機開始攪勻6MIA Y 6s定時 N 停止攪動，混合液體閥門打開 Y 液面下降SL3 NSL3由接通變?yōu)閿嚅_,啟動2s計時后 Y 2秒計時 N 混合液閥門關(guān)閉 Y停止按鈕是否按下 N Y 圖2.4系統(tǒng)設(shè)計流程圖2.4系統(tǒng)設(shè)計I/O分配表下表為本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計的I/O分配表：表2.1 “液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計的I/O分配表 輸入信號SB1 啟動按鈕I0.0SB

8、2 停止按鈕I0.1SL1 液面?zhèn)鞲衅?I0.2SL2 液面?zhèn)鞲衅?I0.3SL3 液面?zhèn)鞲衅?I0.4 輸出信號YV1 液體A閥門Q0.0YV2 液體B閥門Q0.1YV3 混合液體閥Q0.2YKM 電磁閥Q0.32.5系統(tǒng)設(shè)計I/O接線圖下圖5是“自己畫”的本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計的I/O接線圖：圖2.5 “液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計的I/O接線圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 梯形圖設(shè)計PLC的編程語言主要有三種：梯形圖，語句表和功能塊圖。本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分主要以梯形圖設(shè)計為主語句表設(shè)計為輔，在設(shè)計過程中有已經(jīng)給出的參考程序和自己設(shè)計的程序。（一）已給出的參考程序：圖3.1

9、“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”參考梯形圖(2) 自行設(shè)計程序：下面所示的程序是自己根據(jù)參考程序以及系統(tǒng)所需的要求而設(shè)計的，相對參考程序來說功能更加完善，性能更加優(yōu)越，容易理解，難易程度適中。能夠更好的滿足系統(tǒng)的要求。網(wǎng)絡(luò)1功能是：實現(xiàn)啟動，停止，采用的是停止優(yōu)先設(shè)計方法，按I0.0啟動系統(tǒng)，按I0.1停止操作。網(wǎng)絡(luò)2是對VB100清零。網(wǎng)絡(luò)3是對M0.0置1，網(wǎng)絡(luò)4是采用移位寄存器對整個操作過程進行循環(huán)處理。當啟動時，I0.1導(dǎo)通，同時M0.1自鎖閉合，移位寄存器采樣M0.0的高電平1，使V100.0置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)5，Q0.0導(dǎo)通同時使M0.0復(fù)位；I0.3導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0

10、，進行移位，使V100.0復(fù)位，V100.1置1，Q0.0復(fù)位，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)6 Q0.1導(dǎo)通；I0.2導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0，進行移位，使V100.1復(fù)位，V100.2置1，Q0.1復(fù)位，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)7，定時器T37開始定時，Q0.3導(dǎo)通，T37定時6S到時，Q0.3復(fù)位，T37導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)8，使Q0.2置1;I0.4斷開時，移位寄存器采樣M0.0的低電平0，進行移位，使V100.2復(fù)位，V100.3置1進行移位，使V100.3復(fù)位，V100.4置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)9，啟動定時器T38，2s定時。2s定時到后，T38置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)10，Q0.2復(fù)位，M0.0和

11、M0.2置1，開始下一周期的循環(huán)，如果按停止按鈕M0.1復(fù)位，則停止在初始狀態(tài)。圖3.2 自行設(shè)計“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”梯形圖3.2 指令表設(shè)計(一)本次課程設(shè)計的軟件設(shè)計部分的參考語句表設(shè)計如下：Network 1LD I0.0EU= M10.0Network 2LD I0.1EU= M10.1Network 3LD I0.2EU= M10.2Network4NLD I0.3EU= M10.3Network 5LDN I0.4AN M11.3= M11.2Network 6LDN I0.4= M11.3Network 7LD M10.0S M20.0, 1Network 8LD M2

12、0.0A T38O M10.0S Q0.0, 1Network 9LD M10.3S Q0.1, 1Network 10LD M10.3O M10.1R Q0.0, 1Network 11LD M10.2S Q0.3, 1Network 12LD M10.2O M10.1R Q0.1, 1Network 13LD T37O M10.1R Q0.3, 1Network 14LD Q0.3TON T37, +60Network 15LDN Q0.3= M12.4Network 16LDN Q0.3A M12.4AN M11.5= M11.4Network 17LDN Q0.3A M12.4= M1

13、1.5Network 18LD M11.4S Q0.2, 1Network 19LD T38O M10.1R Q0.2, 1Network 20LD M11.2S M20.1, 1Network 21LD T38R M20.1, 1Network 22LD M20.1TON T38, +20（2） 自行設(shè)計的語句表：Network 1LD I0.0O M0.1AN I0.1= M0.1Network 2LD I0.0A M0.1XORB VB100, VB100Network 3LD I0.0S M0.0, 1Network 4LD M0.1A I0.0LD M0.2A M0.1OLDLD I

14、0.3A V100.0OLDLD I0.2A V100.1OLDLD T37A V100.2OLDLD V100.3AN I0.4OLDSHRB M0.0, V100.0, 5 Network 5LD V100.0= Q0.0R M0.0, 1Network 6LD V100.1= Q0.1Network 7LD V100.2LPSAN T37= Q0.3LPPTON T37, +60Network 8LD V100.3S Q0.2, 1Network 9LD V100.4TON T38, +20Network 10LD T38R Q0.2, 1= M0.2= M0.0 4 調(diào)試運行系統(tǒng)的調(diào)試

15、包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們設(shè)計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗證其正確性；軟硬件的配合情況以及是否達到設(shè)計任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決,完善，最終開發(fā)產(chǎn)品。在硬件調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)問題，接線端子設(shè)計和分配比較合理，能達到控制要求。軟件調(diào)試過程有幾處錯誤：（1） 系統(tǒng)啟動按鈕沒法啟動系統(tǒng)。錯誤出在網(wǎng)絡(luò)3，設(shè)計時用的是M0.0置一后無法保持，而系統(tǒng)掃描時間極端為微秒級無法使移位寄存器的DATA端采樣到M0.0的高電平信號好，這樣V100.0=0而不是1以就不能使閥A打開，所以無法啟動。做出正確的改正后可以滿足要求。（2） 系統(tǒng)按下停止按

16、鈕時立即停止。處理方法 在移位寄存器的EN端加了一，M0.2在系統(tǒng)執(zhí)行完后一步排空后“置一”而M0.1受啟動和停止按鈕的控制如果按下停止按鈕后M0.1復(fù)位，而不影響后面的執(zhí)行過程，在當前的混合液操作處理完畢后，M0.2置一，但M0.1復(fù)位，不會繼續(xù)執(zhí)行，以就停在初始位置。（3） 為了使移位寄存器始終只有一個1，在網(wǎng)絡(luò)3初始化對M0.0置一后，在執(zhí)行完第一步即（V100.0置一）后網(wǎng)絡(luò)5對M0.0進行復(fù)位處理，這樣就始終保證在一次循環(huán)中只有一個“1”。每次只執(zhí)行一步而禁止其他步執(zhí)行。經(jīng)過以上的調(diào)試找到并改正之后，系統(tǒng)能很好的滿足設(shè)計要求。5 結(jié)束語通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實踐相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從實踐中得出結(jié)論，才是最重要的。通過本次課程設(shè)計不僅提高了自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更學(xué)到了很多在書本上所沒有的學(xué)到過的知識，進一步加深了對可編程序控制器（PLC）的了解，掌握可編程序控